FPSO,气体防火及安全隐患简述

吕海龙 寇雨丰 薛风光 张健效 张德娟 王 静

（1.烟台中集来福士海洋工程研究院有限公司，山东烟台 264670；
2.上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海 200240）

FPSO 一般具有结构复杂、易燃易爆品多、电气设备多、人员密集、相对孤立、缺乏灭火支援，以及火灾损失和影响大等特点，其较高的火灾风险对灭火系统提出了较高的要求。目前，FPSO 应用较多的气体灭火系统有CO2灭火系统、七氟丙烷灭火系统、惰性气体灭火系统。在综述气体灭火技术的发展过程的基础上，研究分析FPSO 固定气体灭火系统技术发展现状及存在的主要问题，展望海上设施气体灭火系统技术的前景。

FPSO CO2固定灭火系一般由CO2气体储存系统与释放系统两部分组成，主要由气瓶、CO2气体、瓶头阀、管路、释放控制箱、释放控制阀、CO2气瓶控制启动气瓶、总阀控制启动空气瓶、总阀、吹通阀、喷嘴等组成，分为有管网系统和无管网系统。FPSO CO2灭火系统组成如图1 所示。

图1 船舶大型CO2 灭火系统组成图

释放控制箱由2 个控制气瓶、控制阀、压力表和电源触点等组成。2 个控制气瓶组成2 套独立的控制装置单元，分别用于驱动控制分配阀和 CO2气瓶瓶头阀[6]。为了符合 SOLAS 公约关于“应采取切实可行的措施以确保系统按照顺序操作”的要求，多数船舶采用了连锁控制方式。

延时装置主要由气包和释放器组成，作用是在释放CO2之前给机舱人员足够的逃生时间，使气瓶开启滞后于管路控制总阀，保证CO2气体不滞留在管路中。按照 SOLAS 公约要求，CO2释放前预报警时间应为人员撤离CO2保护处所所需时间，在CO2灭火剂释放前应该不少于20 s，现在大多数船舶延时报警时间为40 s。

分配阀即CO2释放总阀，有气动和手动2 种。吹通阀是CO2总管畅通性试验的附件，主要用于CO2管路吹通，以避免管路被杂物尤其是散货舱中的货物堵塞。增压阀:手动释放CO2时，开启少量的CO2钢瓶后，瓶内的气体经过增压阀进入控制管路，控制管路内气体达到一定压力后，就可以冲开相应钢瓶瓶头阀的薄膜，避免逐个开启[7]。

1.1 FPSO CO2 灭火系统的主要安全隐患

船用CO2灭火系统的主要安全隐患[1-2]：（1）应建立完善的安全管理体系，船员、机器、环境和管理这4 个要素中的任何一个环节出现失误CO2灭火系统都会出现事故，对CO2灭火系统及时检测和试验，并保证责任船员及替补人员进行培训，使其真正掌握操作要领，以及对CO2灭火系统的模拟操作训练；
（2）CO2灭火系统控制站应有明显的红色标志，控制站内各种辅助安全用品摆放整洁、有序，站内不得堆放与本站无关的杂物，出入通道保持通畅无阻；
（3）钢瓶应为无缝钢瓶，且每一钢瓶均应有合格证件，对释放过的储瓶、相关阀件进行一次水压强度试验和气密性试验；
（4）CO2钢瓶各操控部件要经常维护保养，如发现问题应联系专业维修人员查明原因排除故障并予重新充压；
（5）确认钢瓶阀、管路选择阀及压力开关等部件应处于正常状态，此外还应定期更换挠性软管，间隔期不超过10 a；
（6）由专业人员定期对CO2遥控施放装置进行检查，并作CO2施放前的声光信号报警试验；
（7）应按照公约、法规要求提前联系好经认可的检测公司进行各项检测并留存检验报告；
（8）应该在管理体系中明确关于 CO2系统发生意外泄漏或者释放处的处理的培训和演习，目前很少公司的管理体系有关于 CO2系统发生意外泄漏或者释放处的处理的培训和演习。

总之，对CO2灭火系统主要从安全管理角度去排除可能的隐患[4-8]，要由海事机构督促船东对CO2系统加强管理，加强对CO2系统操作人员的培训，才能使设备处于其即刻可用状态，才能保障船员与船舶的安全。

随着海洋和大气环境保护的意识逐步提高，CO2的使用情况相对于市场的对比并没有看出增长的趋势[9]，而七氟丙烷和全氟己酮(Novec1230)的市场使用率却在逐步增加[6]，但在实际操作使用中要严格管理。

2.1 七氟丙烷灭火机制分析

七氟丙烷作为灭火剂进行灭火是通过物理灭火、化学灭火双重作用机制达到灭火效果，物理灭火主要依靠降温和窒息2 种灭火方式，七氟丙烷都是以液体状态在灭火器中封存，气化膨胀过程中会大量吸收热量，最终达到降低火场温度的效果。由于七氟丙烷属于一种惰性气体，所以能够阻隔燃烧物与氧气的接触，最终达到窒息效果，有效控制火势蔓延，装置如图2 所示。

图2 七氟丙烷灭火装置示意图

从化学角度，七氟丙烷灭火剂可以在火灾中吸热热解，并产生含氟的自由基，燃烧反应过程中产生支链反应的 H+、OH-、O2等活性自由基可以和气相产生作用，最终在燃烧过程中产生连锁化学反应。所以，其灭火的根本原理在于通过反应让火场中的自由基惰化，在稳定之后在进行链式反应阻断，自由基惰化以后，火势会被逐渐控制。七氟丙烷在产生反应灭火的过程中也会从周围环境吸收热量，继续进行物理降温，让温度低于燃点，从而控制火势。

2.2 全氟己酮(Novec1230)的灭火性能

全氟己酮灭火剂的灭火机理为：一是释放后会迅速汽化而从火灾现场吸收热量，通过降低火场温度来进行灭火；
二是会迅速分解成氟化烷自由基，中断燃烧过程中化学反应链，使燃烧过程的连锁反应中断而灭火。

全氟己酮对于正庚烷燃料的临界灭火浓度为4.6%，比七氟丙烷临界灭火浓度低约28%，是现有洁净化学气体灭火剂中灭火浓度最低的[3]。全氟己酮灭火效率高，可用于全淹没灭火系统和局部应用灭火系统，比较适用于小空间的早期火灾。

2.3 安全隐患

同样，在使用七氟丙烷和全氟己酮灭火系统的时候也存在一定的安全隐患，按照风险分级管控，隐患排查治理的分析方法，船舶设备设施安全隐患主要分为人的不安全行为、物的不安全状态、管理因素缺失等几类归因。

（1）人的不安全行为主要指的就是船员的操作能力。对船舶安检情况进行综合分析后发现，船员操作不合格的缺陷占到CO2灭火系统总缺陷数的68%。许多船员仅仅了解如何进行释放，如果情况稍微发生一些变化便不知如何处理。（2）物的不安全状态就是指系统设备没有处于法规要求的状态，情况比较多，在这里主要分析几种常见情况：①通风系统：无论是自然还是机械方式都要求CO2间有足够的通风，防止CO2或者其他有害气体积聚。②随时可用状态：系统随时可用是灭火的关键，但是在检查过程中经常遇到控制系统或者人工释放方式被锁死、瓶头阀被绑扎等情况。一旦发生险情，船员需要较长时间才能进行释放操作。③管路保养：少部分船舶存在管路保养不足的问题。例如管路锈穿、连接松动等。④瓶头阀的安全销：是否需要拔掉安全销主要依据是瓶头阀的自身结构。由于安全销的作用是锁住瓶头阀的手柄，所以如果遥控释放状态下启动气体打开瓶头阀不需要经过手柄，则不需要拔掉安全销；
反之，则需要拔掉安全销来保证遥控释放的有效性。（3）管理因素缺失主要体现在各类规范性管理文档缺失或者不足。

惰性气体灭火系统有IG100（氮气）、IG01（氩气）、IG55（氩气、氮气）、IG541（又称烟烙尽，主要成分有N2、Argon、CO2）灭火系统，其中IG541 灭火系统应用最为广泛，如图3 所示。IG541（混合体积比为：52%N2，40%Ar，8%CO2）灭火剂具有无污染、无毒、无腐蚀、电绝缘性好，设计灭火浓度下对人无影响等优势，并且其对臭氧耗损潜能值（ODP）和温室效应潜能值（GWP）均为零，是目前国际上公认的可替代卤代烷的绿色环保灭火剂。

图3 惰性气体灭火系统

3.1 安全隐患

FPSO 惰性气体灭火系统操作风险主要集中在洗舱前、洗舱作业过程中，最稳妥的方法是将其他舱室洗舱关系全部加装盲板，只保留要清洗舱室畅通，并做好氧气及可燃气体浓度检测，申请有限空间作业证及告知相关监护人员开始清洗作业。洗舱过程中需要连续监测氧气及可燃气体浓度，如惰气系统发生故障应立即停止作业。驱气置换可燃气过程和检查、维修过程除气新鲜空气置换舱内惰性气体的作业过程中尤其要注意，新鲜空气窜到其他油舱，会造成其他油舱氧气含量迅速上升到爆炸范围，要制定严格的作业审批手续并审批到最高管理层。在整个不停产海水洗舱作业过程中，驱气和除气过程危险度最高，操作人员应严格按操作规范进行操作，仔细检查相关的隔离状态，控制洗舱作业的风险，保证洗舱作业安全顺利完成。

对比几类常见气体灭火介质的特性,结合FPSO 生产、处理和储存石油油气的特点，分析CO2灭火系统、七氟丙烷灭火系统、全氟己酮灭火系统及惰性气体灭火系统在FPSO 上的应用情况，总结FPSO 气体灭火系统的设计、组成及控制。气体灭火系统具有高效、环保、适用范围广等优点，尤其在环保性能和经济价值角度是其他灭火系统无法比拟的。但气体灭火系统与气体灭火系统一样存在各种安全隐患，只有加强对FPSO 气体灭火系统的管理并及时更新相关技术才能提升FPSO 火灾隐患防控能力。

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